( 2) J P A 特許請求の範囲請求項 1 情報を符号化して記録し再生信号から元の情報を復号する信号処理方法において記録情報の符号化時にシンボル単位で誤りを検出訂正する符号を計算して付加し再生信号から記録された情報を復号する際に復号された情報と同時に該

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あいとしんまつ
5 years ago
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1 J P A ( 57) 要約課題余分な冗長ビットを必要としない構成が簡素でしかも復号誤り率の低い信号処理方法及び回路を提供する解決手段記録データはシンボル誤り訂正符号化器によりブロックインターリーブが行われた後第 1の誤り訂正符号化が行われる次にシンボル誤り訂正符号化器ではブロック全体に対する符号化 ( 例えばRS 符号化 ) が行われる再生処理回路 1では各ビットの信頼度情報を出力する次にこの信頼度情報を使用して第 1の誤り訂正復号器 1で記録再生の際に発生したランダム誤りの訂正を行うこの際に繰り返し復号によってランダム誤りに対する性能向上を図ることが出来るので訂正後のデータは再生処理回路 1 に戻されるこの繰り返し処理が終了後にデータを2 値化して硬判定によるシンボル単位の誤り訂正を行った後にシンボル誤り訂正復号器 1に出力する選択図図 1

2 ( 2) J P A 特許請求の範囲請求項 1 情報を符号化して記録し再生信号から元の情報を復号する信号処理方法において記録情報の符号化時にシンボル単位で誤りを検出訂正する符号を計算して付加し再生信号から記録された情報を復号する際に復号された情報と同時に該情報の信頼度情報を生成し復号された情報をシンボル単位の誤り訂正符合の冗長度に対する検査行列の一部を利用して軟判定し前記信頼度情報の生成と軟判定を連接反復しこの後シンボル単位で誤りを硬判定することを特徴とする信号処理方法請求項 2 前記シンボル単位で誤りを検出訂正する符号を計算して付加するステップは短周期でシンボル単位の誤り訂正符号の冗長度を付加するステップと長周期で冗長度を付加するステップを含み前記軟判定を行うステップは前記短周期の冗長度に対する検査行列の一部を用いることを特徴とする請求項 1 記載の信号処理方法請求項 3 前記信頼度情報は前記軟判定を行う際に利用し前記軟判定の結果は前記信頼度情報を生成するステップにフィードバックしこれらを繰り返し行って復号を行うことを特徴とする請求項 2 記載の信号処理方法請求項 4 情報を符号化して記録し再生信号から元の情報を復号する信号処理回路において記録情報の符号化時にシンボル単位で誤りを検出訂正する符号を計算付加する誤り訂正符号化手段と再生信号から記録された情報を復号する際に復号された情報と同時に該情報の信頼度情報を生成する再生手段とシンボル単位の誤り訂正符合の冗長度に対する検査行列の一部を利用して軟判定を行う軟判定復号手段とこれらの復号過程を連接反復してデータを復元後シンボル単位で誤りを硬判定で検出訂正する手段とを有することを特徴とする信号処理回路請求項 5 前記軟判定復号手段は誤りのシンドロームの次数を判定し所定の次数以上で誤り訂正を実行停止することを特徴とする請求項 4 記載の信号処理回路請求項 6 前記誤り訂正符号化手段は短周期でシンボル単位の誤り訂正符号の冗長度を付加する手段と長周期で冗長度を付加する手段とを有し前記軟判定復号手段は前記短周期の冗長度に対する検査行列の一部を用いて軟判定することを特徴とする請求項 4 記載の信号処理回路請求項 7 前記軟判定複合手段は短周期の誤り訂正復号した結果が訂正不能の場合消失訂正を行い訂正不能フラグ( 消失フラグ ) を長周期の誤り訂正復号手段に出力することを特徴とする請求項 6 記載の信号処理回路請求項 8 前記軟判定複合手段と再生手段との間に復号された情報の信頼度情報をフィードバックする手段を有しこれらを繰り返して動作させて復号を行うことを特徴とする請求項 4 記載の信号処理回路請求項 9 前記軟判定復号手段からの信頼度情報を前記再生手段に少なくとも1 回フィードバックすることを特徴とする請求項 8 記載の信号処理回路請求項前記短周期でシンボル単位の誤り訂正符号の冗長度を付加する手段が対象とするデータをパーシャルレスポンス処理で発生する連続誤りを分散するインタリーバを有することを特徴とする請求項 6 記載の信号処理回路発明の詳細な説明 0001

3 ( 3) J P A 発明の属する技術分野本発明は記録媒体にデータを符号化して記録し再生と復号を行う記録再生装置において記録するデータの符号化方法と再生信号から誤りの少ない復号データを得るための信号処理方法とその回路に関する 0002 従来の技術記録再生装置例えば磁気ディスク装置 ( 以下 HDD) 等への高記録密度化の要望はますます高まっておりこれを支える記録再生系の信号処理技術も高記録密度化に対応してきた 0003 図 2 は従来の HDD におけるデータ記録再生処理回路の一例を表わしたものである図 2 において記録側では入力端子 1 に入力された記録データはシンボル誤り訂正符号化器により誤り訂正符号化される誤り訂正符号にはリードソロモン符号 ( 以下 RS 符号と記す ) が使用されることが多いさらにパリティ符号化器 21 によりパリティビットが付加される ( 省略される場合もある ) この信号は記録処理回路で同期信号等が付加され記録アンプ記録ヘッドを介して記録媒体 60 に情報が記録される 0004 再生側では記録媒体 60から再生ヘッド1で読み出した信号を再生アンプ1で増幅し再生処理回路 1で同期信号検出などが行われパリティ復号器 121に入力されるパリティ復号器 121では信頼度情報とパリティを利用してランダム誤りを訂正した後シンボル誤り訂正復号器 1で記録再生の際に発生した欠陥によるバースト誤り等の符号誤りの訂正を行い出力端子 2に出力する 0005 磁気記録チャネルは周波数応答が微分器およびローパスフィルタが直列に接続されたもので近似できる磁気記録チャネルは Dを1 時刻の遅延演算子とするとその符号間干渉が (1-D)(1+D) n ( n=1,2,3, ) のインパルス応答を持つパーシャルレスポンスチャネルとしてモデル化される 0006 このようなチャネルに対して再生処理回路 1にはビタビ復号器が使用されているビタビ復号器は符号間干渉を有する帯域制限のあるチャネルにおける伝送系列の最尤推定を行うのに用いられるすなわち可能な符号系列の中から例えば受信信号系列の自乗誤差の総和など受信信号の系列に関する距離メトリック ( 距離関数 ) を最小化する符号系列を選択する 0007 非特許文献 1にはランダム誤りを訂正するためパリティ符号を細かな周期で付加し再生時にこのパリティ情報と再生信号の信頼度情報とを利用して訂正する方法が提案されている 0008 パリティ訂正方式ではデータ記録量の増加やデータ転送レートの高速化に伴うランダム誤りの増加を全て訂正することは出来ず十分な性能を確保することが出来ないという問題があった 0009 符号性能の理論的限界としてはいわゆるシャノンの通信路符号化定理により与えられるシャノン限界が知られているこのシャノン限界に近い性能を示す符号化方法として例えば特許文献 1に記載されているターボ符号復号と呼ばれる並列連接畳み込み符号 ( Parallel Concatenated Convolutional Cod e s) による符号化復号方法が知られているがここでは簡単に説明する 00 この並列連接畳み込み符号による符号化は 2つの畳み込み符号化器とインターリーバと

4 ( 4) J P A を並列に連接して構成される装置により行われるそして並列連接畳み込み符号の復号は軟出力(soft-output) を出力する2つの復号回路により構成される装置により行われ 2つの復号回路の間で情報をやり取りし最終的な復号結果が得られる 0011 また並列連接ではなく縦列連接畳み込み符号による符号化方法も知られているこの縦列連接畳み込み符号とRS 符号を組合せてエラー訂正を行う方法が特許文献 2で提示されているこの発明では外符号としてRS 符号化を行ったデータに対して内符号として縦列連接畳み込み符号化変調方式が採用される復号では 2 段の縦列連接符号の復号が行われるその後にRS 復号が行われるこの際復号データ中に含まれる誤りの多少を判定する判定部では決められた基準 ( 誤りの多少 ) に応じて消失訂正を行うかどうかを判定して消失フラグをRS 復号部に出力しこの消失フラグの有無によって通常のエラー訂正を行うか消失訂正を行うかを決定するものであった 0012 非特許文献 1 C onway, A new target response with pari t y coding for high d ensity magnetic recording channels.(199 8 ) IEEE Trans Magn, 3 4(4) pp 特許文献 1 米国特許第号明細書 ( カラム7- Fig.1-4) 特許文献 2 特開号公報 ( 第 9-11 頁図 6-9) 0013 発明が解決しようとする課題しかし並列連接畳み込み符号復号方式および縦列連接復号方式では畳み込み符号化変調方式を実現するための冗長信号 ( 冗長ビット ) が必要になりこれに起因するコードレート損失が必然的に発生するこの結果トータル性能を十分向上することが出来ないという問題があった 0014 本発明の目的は余分な冗長ビットを必要としない簡素な信号処理方法及び信号処理回路を提供することにある 0015 課題を解決するための手段上記課題を解決するための手段として本発明では記録するデータにシンボル単位で誤りを検出訂正するシンボル誤り訂正符号化手段とこの再生信号から上記符号を復号する際にビット単位で誤りを検出訂正する手段を付加しビット単位で誤りを検出訂正する手段ではシンボル誤り訂正手段の検査行列の一部を利用する軟判定復号で得たデータに対する信頼度の情報に基づき誤りをビット単位で訂正するとともに誤りが含まれている系列のビット単位の信頼度情報を生成しこれをパーシャルレスポンスチャネルに戻し新たに反復的にチャネル復号を続行しこの結果得られた再生信号をシンボル誤り訂正復号する 0016 発明の実施の形態以下本発明の一実施例による記録再生装置について図面を参照して説明する図 1は磁気記録再生装置の概略構成を示す記録側では入力端子 1に入力された記録データは図 3に示すようにシンボル誤り訂正符号化器 (1)により小ブロック単位のブロックインターリーブが行われた後第 1の誤り訂正符号化が行われる誤り訂正符号には例えばRS 符号を使用する次に図 1に示すようにシンボル誤り訂正符号化器 (2 ) ではブロック全体に対する符号化 ( 例えばRS 符号化 ) が行われるこの2つのデ

5 ( 5) J P A ータが切り替えられて記録処理回路に送られる記録処理回路では同期信号等が付加され記録アンプを介して記録ヘッドに入力され記録媒体 60に情報が記録される 0017 再生側では記録媒体 60から再生ヘッド1で読み出した信号を再生アンプ1で増幅し再生処理回路 1に出力する図 4に再生処理回路 1の構造を更に詳しく示す再生処理回路 1ではまず等価器により所定のパーシャルレスポンス信号をもとに BCJRアルゴリズムやソフトアウトプットビタビアルゴリズム (soft o utput Viterbi algorithm) を用いて各ビットの信頼度情報 ( likelihood information) を出力する 0018 次にこの信頼度情報を使用して第 1の誤り訂正復号器 1で記録再生の際に発生したランダム誤りの訂正を行うこの際に繰り返し復号によってランダム誤りに対する性能向上を図ることが出来るので訂正後のデータは再生処理回路 1に戻されるこの繰り返し処理を終了するのは予め決められた回数または信頼度情報の値が設定された値などとすれば良い 0019 この繰り返し処理が終了後にデータを2 値化して硬判定によるシンボル単位の誤り訂正を行った後にシンボル誤り訂正復号器 (2)1に出力するなお訂正不能の場合にはブロック単位で訂正不能フラグ ( 消失フラグ ) を同時に出力する次にこのシンボル誤り訂正復号器 (2)1では通常のRS 符号による硬判定の誤り訂正を行うこの際第 1 の誤り訂正復号器 1からの消失フラグがあったブロックに関しては消失訂正を行い最終的な再生データを出力端子 2に出力する 00 なお第 1の誤り訂正復号器 1では単純に硬判定により誤り訂正を行い次にこの信号に残留する誤りをシンボル誤り訂正回路 (2)1で訂正する方法も構成可能であるいずれを選択するかは磁気ディスク装置の誤りの状況に依存する比較的誤りが少ない場合はシンボル誤り訂正過程を実行し訂正できない場合のみビット誤り訂正を行えば良い一方誤りが多い場合には, 先にビット誤り訂正を行うのが合理的である 0021 以下ビット誤り訂正過程を詳細に説明する図 5は本発明を用いた誤り訂正符号のデータとパリティの関係を示したものである入力データに対してシンボル誤り訂正符号 ( 例えばRS 符号 ) の検査データ ( パリティ ) を計算してデータに付加する図 5において RSパリティ2に示すように検査データを付加する位置は一般にデータの最後部で一括して付加される一方 RSパリティ1に示すように比較的短いデータ系列毎に付加することも第 1の誤り訂正復号器 (1)1における回路規模などを低減すると同時にビット誤りの訂正能力向上に有効である 0022 本実施例は基本的にどちらの場合にも成立するが実用的に容易な点で図 5に示すごとく短周期のRSパリティ1とRSパリティ2の両方を使用する場合について説明する具体例として現行の磁気ディスク装置で使用されている96ビットセクタフォーマッットに適合する場合を示す例えば 96ビットの長さのデータにRSパリティを付加するには GF(2 1 0 ) の上で演算可能なRS 符号が利用できるすなわち 1シンボルがビットの構成になるここで入力データ数をK( シンボル ) 付加するR S 符号のパリティ数をM( シンボル ) とすると最大訂正可能なシンボル数は M/2シンボルとなる 0023 以下では一例として最大訂正可能なシンボル数 (M/2) が25シンボルで 1シンボルがビットの例 ( 最大訂正可能なビット数 :2ビット) で説明をするがこの数字に限定されるものではない 25シンボルの訂正を可能にするには RSパリティの総

6 ( 6) J P A 数はシンボル必要であるここで RSパリティ1に34シンボル RSパリティ2 に 16シンボルを割り当てるものとするしたがって約 24シンボル毎のデータに R S パリティ1を2シンボルを割り当てることが可能になるここで2シンボルの冗長ビットを有するRSコードの検査行列 Hは次式で与えられる 0024 数ここで α,eはgf(2 1 0 ) の原始元と単位元である単位元はいわゆる行列の単位行列で表示できる 2シンボルのパリティをそれぞれP,Qとし 24シンボルのデータをD 1 D とすると h [PQD 1 D 2 4 ] =0 (2) の関係がある 0026 ここで検査行列の上段は単位行列のみで構成されているからこれは元のデータ系列 24 シンボルと2シンボルのRSパリティ1で構成される信号系列に対して行の単純パリティを構成していることになるすなわち元のデータ系列 24シンボルと2シンボルの RSパリティ1で構成される信号系列のデータをビットごとに選んだの系列に対しそれぞれ単純パリティの制約が付加されているとみなすことができる 0027 図 1の第 1の誤り訂正復号器 1ではRS 符号の持つこの性質を用いてビット誤りの訂正ならびに各ビットに対する信頼度情報を生成する単純パリティはブロック誤り訂正符号の最も単純なクラスに属するさてこのような単純パリティに対する信頼度の生成は Belief Propagation Algorithm( 以下 BPAと略す ) を使用することにより可能となることは周知である 0028 さて図 6に24シンボルすなわち2ビットのデータ配列の一例を示すここでは2 4 0ビットのデータを16 行 15 列のマトリクスの内容にまた16および17 列にR S 符号の冗長ビットを配置しているしたがって各パリティ制約は行方向に付加されることになる周知のように偶パリティ制約は制約の範囲内のデータに対し奇数個の誤りは検出可能であるが偶数個の誤りは検出できない 0029 この特性はたとえ検出にBPAを用いても変わらないすなわち偶数個の誤りが含まれる場合には所要の誤り訂正は言うに及ばず信頼性のデータも抽出することはできない磁気ディスクに多用されているEEPR4チャネルは (1-D)(1+D) n ( n=3 ) のインパルス応答を持つパーシャルレスポンスチャネルであるこのEEPR4チャネルでは白色雑音に対しては3ビットの連続誤りが主に発生する 00 図 6の斜線部分に示すごとく 3ビットの連続誤りが2 個互いに重なるように発生するとこの誤りを上記単純パリティで検出も訂正もできないしたがって 2 個の3ビット連続誤りが少なくとも1ビットは重ならないようにデータをランダム化することが検出性能改善に極めて有効であるこのように配置したデータからBPAによって得られる情報をパーシャルレスポンスチャンネルに戻すことを考える 0031 パーシャルレポンスチャネルで発生する連続誤りはその中の1ビットでも正しく復

7 ( 7) J P A 号できるなら BCJR アルゴリズムを実行する CHAPP( チャネル出力事後確率演算器 ) のパス選択ミスによる連続誤りを訂正できる可能性が高くなるこの様な条件を満たすマトリクスの行数を m 列数を n とすると m C 3 - mn 0 (3) が m n の必要条件である 0032 したがって本実施例では m n において上記条件を完全に満足するパリティ構造を考える実際に図 7 にこの条件を満足するパリティ行列の 1 例を示す図から分かるようにこのパリティ構造はデータをインタリーブする構造になっているすなわち RS 符号化する前にあらかじめデータを図 7 に示すインタリーブを行い符号化するこの結果得られた P,Q のパリティに対しても同様のインタリーブを行い少なくとも 2 個の 3 ビット連続誤りの場合には完全に検出可能とする個の 3 ビット連続誤りが 2 列にわたる場合にもすくなくとも 1 ビットの検出は可能であるさて RS 符号の 1 シンボル長さはビットとなっているから上記インタリーバマトリクスにおいて行分のデータに対し P,Q の冗長シンボルが付加されるしたがって残りの 11 行から 16 行のデータは次の冗長シンボルに割り当てられることになるもちろん GF(2 1 6 ) の RS 符号により 16 行 17 列をすべて一つの R S 符号の系列に対応させることも可能であるなお式 (3) に示す制約は EEPR4 で発生頻度の高い誤りを考慮しているが他のパーシャルレスポンスにおいても同様の考えを適用できることは明らかであるここまで述べたインタリーブ処理は記録前にシンボル誤り訂正符号化器であらかじめ行う 0034 図 8 にビット誤り訂正後にシンボル誤り訂正を実行する例を示すビット誤り訂正回路 1 15 には再生処理回路 1 で得られる各ビットの信頼度情報が入力されるこの信頼度情報は前述したように所定のパーシャルレスポンス信号をもとに BCJR アルゴリズムやソフトアウトプットビタビアルゴリズムを用いることで生成できるビット誤り訂正回路 115 では BPA により RS 符号の検査行列の内単純パリティに対応する検査行列部分を用いて各ビットの信頼度情報を更新する 0035 この各ビットの信頼度情報を 2 値化することで元のデータ系列が復元できるしかしながらこの中には誤りが含まれていることがあるそこでビット誤り訂正回路 115 にて再生処理回路 1 で得られる各ビットの信頼度情報に対する外部情報を BPA により生成する外部情報とは各パリティ制約を満たすことで他のビットから誘導されるあるビットの信頼度情報であるこれを新たに再生処理回路 1 で得られる各ビットの信頼度情報に加算することでビットの信頼度を格段に向上させることが可能になる 0036 以下, この過程を反復することでさらにビットの信頼度を向上させることができるこの過程でデータ系列に含まれる誤りが 1 シンボル以下になれば RS1 のパリティを用いることでこの誤りを訂正することができるもちろん反復後に 1 シンボル以下の誤りになっているか否かは一般に判定する手段がないいま RS 符号の演算を行う体が GF( ) でありこの体の上では最大 23 シンボルの長さの符号が実現できる 0037 一方実際の符号長さは 24 シンボルとしているしたがってシンドロームは (1) 式の検査行列を見れば明らかなように下段で α 2 5 までのものが生じるしかしながら複数のビットに誤りが発生すれば α から α までのシンドロームが発生する可能性が高いしたがって RS コードで訂正する際にシンドロームの値を検査し α 2 5 以上の値が発生する場合には訂正を禁止することでいわゆる正しい符号を誤って訂正する ( 誤訂正 ) ことによる誤りの増加が低減できる 0038

8 ( 8) J P A この第 1の誤り訂正復号器 1のデータをシンボル誤り訂正回路 (2)1で訂正した後で端子 2から出力する 0039 以上の説明は面内記録方式に関して説明したが垂直記録方式の場合にもほぼ同様の構成で本発明を適用できる事は言うまでもない 00 面内磁気記録チャネルでの再生波形は (1-D)(1+D) n ( n=1,2,3, ) のインパルス応答を持つパーシャルレスポンスチャネルとしてモデル化される 0041 これに対して垂直磁気記録チャネルでの再生波形は (1+D) n ( n=1,2,3, ) のインパルス応答を持つパーシャルレスポンスチャネルとしてモデル化されるこれをそのまま処理する方法があるが再生処理回路の波形等化の部分が変わるだけであるまた微分回路を通して面内と同様の処理を行うことも可能でありその場合は実施例に示した方法で処理する事が可能である 0042 なお本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない 0043 発明の効果以上説明したように本発明によれば高密度記録化やデータ転送レートの高速化に伴うランダム誤りの増加に対して RS 符号の冗長度を活用してデータ系列の信頼度情報の生成を行いこれを再び再生回路の事後確率復号器に加えデータ系列の信頼度情報を更新するこれを反復的に行うことでデータに含有される誤りを低減するこのようにRS 符号以外の余分な冗長信号を付加することなく十分性能を確保することが出来る高密度記録に適した復号方法を提供することができる図面の簡単な説明図 1 本発明の一実施例による磁気記録再生装置の構成図である図 2 従来技術による磁気記録再生装置の構成図である図 3 本発明の一実施例による符号化回路の構成図である図 4 本発明の一実施例による復号化回路の構成図である図 5 本発明の一実施例によるReed-Solomon 符号のセクタ中の配置を示す図である図 6 従来のブロックインタリーバの一例を示す図である図 7 本発明の一実施例によるブロックインタリーバを示す図である図 8 本発明の一実施例による反復復号の構成を説明する図である符号の説明 1 ヘ 1

9 ( 9) J P A 図 1 図 3 図 4 図 2 図 5 図 7 図 6 図 8

10 ( ) J P A フロントページの続き ( 51)Int.Cl. 7 FI テーマコード ( 参考 ) G11B /18 570F G11B /18 570H G11B /18 572B G11B /18 572F H03M 13/45 ( 72) 発明者三田誠一愛知県名古屋市天白区久方二丁目 12 番地 1 学校法人トヨタ学園内 Fターム ( 参考 ) 5B001 AA01 AA11 AA13 AB05 AD04 5J065 AC03 AD02 AD11 AE06 AF02 AG06 AH01 AH17 AH19 AH21

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<4D F736F F F696E74202D2091E6824F82518FCD E838B C68CEB82E894AD90B B2E > 目次参考文献安達著 : 通信システム工学, 朝倉書店,7 年. ディジタル変調. ディジタル伝送系モデル 3. 符号判定誤り確率 4. 元対称通信路安達 : コミュニケーション符号理論安達 : コミュニケーション符号理論変調とは?. ディジタル変調基底帯域 ( ベースバンド ) 伝送の信号波形は零周波数付近のスペクトルを持っている. しかし, 現実の大部分の通信路は零周波数付近を殆ど伝送することができない帯域通信路とみなされる.